(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、
前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光する光源と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した動きベクトルの値を閾値と比較する比較手段と、
前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値よりも小さい場合は、前記光源の露光時間を長くし、前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値以上の場合は、前記光源の露光時間を短くする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記露光の開始と終了が、同一フレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記露光の開始が、互いに隣り合う複数のフレームのうちの最初のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内で、前記露光の終了が、前記互いに隣り合う複数のフレームのうちの最後のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子から出力される画像信号を蓄積する記憶手段と、
接続先を前記ＣＭＯＳイメージセンサと前記記憶手段との間で切り替えるスイッチと、
をさらに具備する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方の変更を受け付ける受付手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記受付手段での受付結果に応じて前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方を変更する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、
前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光する光源と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される動きベクトルの値と閾値との比較により、前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御する制御手段とを具備する撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
被検体内に挿入されるスコープと、
前記スコープの先端に設けられた、複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、
前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光する光源と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した動きベクトルの値を閾値と比較する比較手段と、
前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御する制御手段と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサから出力される画像信号を映像として表示する表示手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値よりも小さい場合は、前記光源の露光時間を長くし、前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値以上の場合は、前記光源の露光時間を短くする内視鏡装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項９に記載の内視鏡装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、
前記露光の開始と終了が、同一フレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項９に記載の内視鏡装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記露光の開始が、互いに隣り合う複数のフレームのうちの最初のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内で、前記露光の終了が、前記互いに隣り合う複数のフレームのうちの最後のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項９に記載の内視鏡装置。
【請求項１３】
前記撮像素子から出力される画像信号を蓄積する記憶手段と、
接続先を前記ＣＭＯＳイメージセンサと前記記憶手段との間で切り替えるスイッチと、
をさらに具備する請求項１２に記載の内視鏡装置。
【請求項１４】
前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方の変更を受け付ける受付手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記受付手段での受付結果に応じて前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方を変更する請求項９に記載の内視鏡装置。
【請求項１５】
被検体内に挿入されるスコープと、
前記スコープの先端に設けられた、複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、
前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光する光源と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される動きベクトルの値との比較により、前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御する制御手段と、
前記ＣＭＯＳイメージセンサから出力される画像信号を映像として表示する表示手段と、
を具備する内視鏡装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項１５に記載の内視鏡装置。
【請求項１７】
複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、露光用の光源と、前記光源を制御する制御手段と、前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、前記検出手段で検出した動きベクトルの値を閾値と比較する比較手段と、を具備する撮像装置の作動方法であって、
前記光源は、前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光し、
前記制御手段は、前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御し、前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値よりも小さい場合は、前記光源の露光時間を長くし、前記検出手段で検出した動きベクトルの値が、前記閾値以上の場合は、前記光源の露光時間を短くする撮像装置の作動方法。
【請求項１８】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項１７に記載の撮像装置の作動方法。
【請求項１９】
前記制御手段は、
前記露光の開始と終了が、同一フレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項１７に記載の撮像装置の作動方法。
【請求項２０】
前記制御手段は、
前記露光の開始が、互いに隣り合う複数のフレームのうちの最初のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内で、前記露光の終了が、前記互いに隣り合う複数のフレームのうちの最後のフレーム内における前記蓄積期間が重複する範囲内となるよう前記光源を制御する請求項１７に記載の撮像装置の作動方法。
【請求項２１】
前記撮像素子から出力される画像信号を蓄積する記憶手段と、
接続先を前記ＣＭＯＳイメージセンサと前記記憶手段との間で切り替えるスイッチと、
をさらに具備する請求項２０に記載の撮像装置の作動方法。
【請求項２２】
前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方の変更を受け付ける受付手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記受付手段での受付結果に応じて前記露光時間又は前記光源の輝度の少なくとも一方を変更する請求項１７に記載の撮像装置の作動方法。
【請求項２３】
複数のラインに対応する複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期が前記ライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力するＣＭＯＳイメージセンサと、露光用の光源と、前記ＣＭＯＳイメージセンサで撮像される映像の動きベクトルを検出する検出手段と、前記光源を制御する制御手段と、を具備する撮像装置の作動方法であって、
前記光源は、前記ＣＭＯＳイメージセンサの撮像範囲を露光し、
前記検出手段は、前記映像の動きベクトルを検出し、
前記制御手段は、前記検出手段で検出される動きベクトルの値との比較により、前記複数の光電変換素子の蓄積期間が重複する範囲内で前記撮像範囲を露光するように前記光源の露光時間を制御する撮像装置の作動方法。
【請求項２４】
前記制御手段は、
前記露光時間を長くした場合は、前記光源の輝度を下げ、前記露光時間を短くした場合は、前記光源の輝度を上げる請求項２３に記載の撮像装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ローリングシャッタ方式のイメージセンサを備えた撮像装置及び内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置には、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを採用したものがある（特許文献１参照）。ＣＣＤイメージセンサは、光を電荷に変換（光電変換）し、この変換した電荷を蓄積する。ＣＣＤイメージセンサでは、グローバルシャッタ（グローバル露光）と呼ばれる方式で各フォトセンサに蓄積された電荷を読み出す。グローバルシャッタ方式では、各フォトセンサに蓄積された電荷の読み出しが、すべての画素で同期している。このため、ＣＣＤイメージセンサは、被写体に動きがある場合でも、画像に歪みが生じにくいという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１５６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＣＣＤイメージセンサは、入力電圧として、複数の電圧（例えば、＋１５Ｖ、‐７．５Ｖ、＋５Ｖ）を必要とするため、数種の電圧を生成する電源が必要となる。結果、撮像装置の製造コストが高くなるという問題がある。また、動作電圧が高いため、消費電力も高くなるという問題がある。
【０００５】
一方、ＣＭＯSイメージセンサは、複数の電圧を必要とせず、動作電圧も低い。このため、数種の電圧を生成する電源を必要とせず撮像装置の製造コストおよび消費電力を抑制することができる。しかしながら、ＣＭＯSイメージセンサでは、ローリングシャッタ（ライン露光）と呼ばれる方式で各フォトセンサに蓄積された電荷を読み出しており、各フォトセンサに蓄積された電荷がライン毎に読みだされるために、各フォトセンサに蓄積された電荷の読み出しが同期しない。このため、ＣＭＯＳイメージセンサでは、被写体に動きがある場合、ＣＣＤイメージセンサに比べて画像に歪みが生じやすくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたものであり、撮像画像の歪みを抑制できる撮像装置及び内視鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る撮像装置は、複数のラインからなるフレームに対応する複数の光電変換素子を有し、複数の光電変換素子による電荷の蓄積期間の始期がライン毎に異なると共に、該蓄積された電荷を読みだして画像信号として繰り返し出力する撮像手段と、撮像手段の撮像範囲を露光する光源と、撮像手段により撮像される映像の動きに応じて、光源の露光時間を制御する制御手段と、を具備する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像画像の歪みを抑制できる撮像装置及び内視鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る内視鏡装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る内視鏡装置が具備するヘッドの構成を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る内視鏡装置が具備するＣＣＵの構成を示す図。
【図４】メモリに記憶されたテーブルデータを示す図。
【図５】第１の実施形態に係る内視鏡装置が具備するライトソースの構成を示す図。
【図６】ローリングシャッタ（ライン露光）についての説明図。
【図７】第１の実施形態での疑似グローバルシャッタについての説明図。
【図８】第１の実施形態に係る内視鏡装置の動作を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態に係る内視鏡装置が具備するＣＣＵの構成を示す図。
【図１０】メモリに記憶されたテーブルデータを示す図。
【図１１】第２の実施形態での疑似グローバルシャッタについての説明図。
【図１２】第２の実施形態に係る内視鏡装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
この第１の実施形態では、撮像装置として内視鏡装置を例に、その構成を説明する。図１は、第１の実施形態に係る内視鏡装置１（以下、内視鏡装置１と記載する）の構成を示す図である。この第１の実施形態では、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサを採用した実施形態について説明する。なお、内視鏡装置１は、硬性内視鏡装置（被検査体内へ挿入するスコープが曲がらない硬性のタイプ）でも、軟性内視鏡装置（被検査体内へ挿入するスコープが曲がる軟性のタイプ）でも構わない。
【００１１】
内視鏡装置１は、先端に対物レンズ１０ａが設けられ、被検査体内へ挿入されるスコープ１０と、対物レンズ１０ａの結像面に位置するＣＭＯＳイメージセンサ２０ａ（撮像手段）により撮像される画像信号をＣＣＵへカメラケーブル５０を介して出力するヘッド２０と、ヘッド２０から出力された画像信号を処理するＣＣＵ（camera control unit）３０と、撮像範囲を露光するライトソース４０（光源）と、ライトソース４０からの光をスコープ１０の先端部へ導入するための光ファイバ６０を具備する。
【００１２】
なお、カメラケーブル５０には、ヘッド２０とＣＣＵ３０との間で画像信号及び制御信号を送受信するための信号線およびＣＣＵ３０からヘッド２０へ電力を供給するための電力線などが収容されている。
【００１３】
図２は、ヘッド２０の構成を示す図である。
ヘッド２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａ、接続端子２１、Ｉ／Ｆ回路２２及びメモリ２３を具備する。ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａは、フルＨＤ（high density）に対応したカラーＣＭＯＳイメージセンサである。この第１の実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａは、プログレッシブスキャンで駆動されるが、インターレーススキャンで駆動してもよい。
【００１４】
接続端子２１には、カメラケーブル５０が接続される。Ｉ／Ｆ回路２２は、シリアライザ２２ａ及びＬＶＤＳ変換回路２２ｂを備え、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａから出力される画像信号をデジタル信号のまま、接続端子２１に接続されたカメラケーブル５０を介してＣＣＵ３０へ送信する。メモリ２３は、電気的に消去可能なＲＯＭ（read only memory）（例えば、フラッシュメモリ等）であり、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの設定条件（例えば、フレームレート、ゲイン等）が記憶される。この設定条件を記憶するメモリは、書き換えが可能であれば、メモリ以外のメモリも使用できる。なお、この第１の実施形態では、フレームレートを６０ｆｐｓ（frames per second）として説明する。
【００１５】
図３は、ＣＣＵ３０の構成を示す図である。
接続端子３１、Ｉ／Ｆ回路３２、画像信号処理回路３３、画像出力回路３４、動き判定回路３５、システム制御回路３６及び電源回路３７を具備する。接続端子３１には、カメラケーブル５０が接続される。Ｉ／Ｆ回路３２は、デシリアライザ３２ａ及びＬＶＤＳ変換回路３２ｂを備え、ヘッド２０から送信される画像信号を画像信号処理回路３３へ出力する。また、Ｉ／Ｆ回路３２は、システム制御回路３６から出力される制御信号を接続端子３１に接続されたカメラケーブル５０を介してヘッド２０へ送信する。
【００１６】
画像信号処理回路３３は、画像信号処理部３３ａと同期信号生成部３３ｂを具備する。画像信号処理部３３ａは、Ｉ／Ｆ回路３２から出力される画像信号を処理して画像出力回路３４へ出力する。画像信号処理部３３ａでは、画素情報の並べ替えや欠陥画素の補正処理を行った後、デモザイキング処理、ニー補正、ガンマ補正、ディテールやマトリクス処理等のエンハンス処理が行われる。同期信号生成部３３ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像に用いられる同期信号を生成する。該同期信号は、設定されたフレームレートに応じた所定の間隔で生成される（この第１の実施形態では、１／６０秒ごと）。生成された同期信号は、ＭＰＵ３６ｃへ出力されると共に、Ｉ／Ｆ回路３２から接続端子３１に接続されたカメラケーブル５０を介してヘッド２０へ送信される。
【００１７】
画像出力回路３４は、Ｄ／Ａコンバータ３４ａ及びＤＶＩ（digital visual interface）トランスミッタ３４ｂを備え、画像信号処理回路３３で処理された画像信号をアナログ及びデジタルのＲＧＢ(red, green, blue)信号として外部のモニタ（図示せず）へ出力する。
【００１８】
動き判定回路３５は、動き算出部３５ａと比較部３５ｂを具備する。動き算出部３５ａは、画像信号処理部３３ａから出力される画像を取り込む。動き算出部３５ａは、取り込んだ画像の全体の動きベクトルの絶対値の平均値ＶＭ（以下、単に平均値ＶＭと記載する）を算出する。
【００１９】
動きベクトルの平均値ＶＭは、例えば、以下のように算出する。
動き算出部３５ａは、取り込んだ画像を複数のエリアに分割（例えば、１６分割）し、分割したエリアごとに既知の手法を用いて動きベクトルの絶対値を算出する。次に、動き算出部３５ａは、算出した各エリアの動きベクトルの絶対値を足し合わせる。次に、動き算出部３５ａは、足し合わせた動きベクトルの絶対値をエリア数で除算して動きベクトルの平均値ＶＭを得る。
【００２０】
比較部３５ｂには、閾値ＴＨ１，ＴＨ２が予め記憶されている。比較部３５ｂは、動き算出部３５ａで算出された動きベクトルの平均値ＶＭを、この予め記憶されている閾値ＴＨ１，ＴＨ２と比較する。閾値ＴＨ１，ＴＨ２は、画像の動きの速さを判定するための閾値である。閾値ＴＨ１，ＴＨ２は、ＴＨ１＞ＴＨ２の関係にある。なお、閾値ＴＨ１，ＴＨ２を後述するメモリ３６ａへ記憶するようにしてもよい。
【００２１】
この第１の実施形態では、動きベクトルの平均値ＶＭと閾値ＴＨ１，ＴＨ２との関係から画像の動きを以下のように判定している。
ＶＭ＞ＴＨ２：        速い
ＴＨ２≧ＶＭ≧ＴＨ１：ふつう
ＴＨ１＞ＶＭ：        遅い
【００２２】
システム制御回路３６は、メモリ３６ａ、ＯＳＤ（On-screen Display）コントローラ３６ｂ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）３６ｃ、受信部３６ｄ及び操作受付部３６ｅを備え、この内視鏡装置１全体を制御する。
【００２３】
メモリ３６ａは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリであり、ＭＰＵ３６ｃを動作させるためのプログラムや後述するテーブルデータ等が記憶されている。図４は、メモリ３６ａに記憶されているテーブルデータを示す図である。図４に示すテーブルデータには、比較部３５ｂでの比較結果に対応する露光時間及び輝度が記載されている。
【００２４】
ＭＰＵ３６ｃは、受信部３６ｄで受信したリモート制御信号、操作受付部で受付けた処理内容及びメモリ３６ａに記憶された設定情報に基づいてヘッド２０、ＣＣＵ３０及びライトソース４０を制御する。また、ＭＰＵ３６ｃは、時間を計測するタイマＴを内蔵する（以下、内蔵タイマＴと称する）。
【００２５】
ＭＰＵ３６ｃは、メモリ３６ａに記憶されている図４のテーブルデータを参照し、比較部３５ｂでの比較結果に基づいてＬＥＤ４１の露光時間と輝度を制御する。露光時間Ｔ１〜Ｔ３は、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係にある。つまり、露光時間Ｔ１が最も露光時間が短く、露光時間Ｔ３が最も露光時間が長い関係にある。また、輝度（明るさ）Ｂ１〜Ｂ３は、Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３の関係にある。つまり、輝度Ｂ１が最も輝度が高く（明るく）、輝度Ｂ３が最も輝度が低い（暗い）関係にある。
【００２６】
一般に、露光時間が長いほうが感度がよくなる。しかしながら、被写体の動きが速い場合に、露光時間を長くすると、画像に乱れが生じる虞がある。逆に、動きが遅い場合には、画像に乱れが生じる虞が少ない。このため、この第１の実施形態では、被写体の動きが速い場合は、露光時間を短くし、被写体の動きが遅い場合は、露光時間を長くしている。
【００２７】
なお、感度を得るためには輝度を高くしたほうがよいが、内視鏡装置では、被写体が患者の体内となるため、輝度が高いと患部に熱さを感じたり、熱による損傷を生じる虞がある。そこで、この第１の実施形態では、露光時間に応じて輝度を変更している。具体的には、露光時間が短い場合は、輝度を高くし、露光時間が長い場合は、輝度を低くしている。この場合、露光時間が長い場合は、輝度が低くすることで患部への負担を低減することができる。
【００２８】
ＯＳＤコントローラ３６ｂは、画像信号処理部３３ａで処理される画像信号の画像にテキストデータやビットマップ等を重畳表示する。
【００２９】
受信部３６ｄは、外部のＰＣ等から送信されるリモート制御用の制御信号を受信してＭＰＵ３６ｃへ出力する。なお、外部ＰＣとの通信は、ＲＳ２３２−Ｃ用シリアルポートを介して行われる。操作受付部３６ｅは、外部の操作キーで操作された処理を受け付けＭＰＵ３６ｃへ出力する。
【００３０】
電源回路３７は、外部から供給される電力を所定の電圧に変換してＣＣＵ３０内の各回路へ供給する。また、上記電力は、接続端子３１に接続されたカメラケーブル５０を介してヘッド２０にも供給される。
【００３１】
図５は、ライトソース４０の構成を示す図である。
ライトソース４０は、ＬＥＤ（light emitting diode）４１、レンズ４２及びＬＥＤドライバ４３を具備する。また、ライトソース４０には、光ファイバ６０が接続される。ＬＥＤ４１は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲を露光するための光を発する。レンズ４２は、ＬＥＤ４１からの光を光ファイバ６０へ導入する。光ファイバ６０へ導入された光は、スコープ１０の先端部へ導かれ、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲を露光する。
【００３２】
ＬＥＤドライバ４３は、ＣＣＵ３０のＭＰＵ３６ｃから出力される駆動信号に基づいてＬＥＤ４１の発光時間（露光時間）及び明るさ（輝度）を制御する。ＬＥＤ４１の明るさは、ＬＥＤ４１へ供給する電流値を変更することにより制御する。なお、ＬＥＤ４１へ供給する電流値を変化させる代わりに、ＬＥＤ４１からの光を遮光する絞りを具備するようにしてもよい。また、ＬＥＤ４１の光を遮光するロータリシャッタを具備するようにしてもよく、ＬＥＤ４１の代わりにランプ（例えば、キセノンランプ）を用いてもよい。
【００３３】
（疑似グローバルシャッタ）
なお、この内視鏡装置１では、上記露光時間及び輝度の制御に加えて、次に説明する疑似グローバルシャッタを採用している。内視鏡装置１では、上述した被写体の動きの速さに応じて露光時間を変更するのに加え、該疑似グローバルシャッタを採用することにより、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａで撮像される画像の歪みをさらに抑制している。以下、疑似グローバルシャッタについて説明する。
【００３４】
初めに、この第１の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像方式について説明する。図６は、ローリングシャッタ（ライン露光）の説明図である。図７は、疑似グローバルシャッタの説明図である。以下、図６及び図７を参照して、この第１の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像方式について説明する。
【００３５】
図６の縦に縦方向に記載した数値は、走査線（ライン）の番号を示している。図６では、走査線が１０８０本ある場合を示している。また、図６のＳ１〜Ｓ１０８０は、各走査線における電荷の蓄積期間、Ｒ１〜Ｒ１０８０は、各走査線における電荷の読出し期間をそれぞれ表わしている。
【００３６】
ＣＣＵ３０の同期信号生成部３３ｂから同期信号（トリガー）が送信されると、ライン露光が開始される。このライン露光では、各走査線１〜１０８０毎に、フォトトランジスタ（光電変換素子）へ電荷が蓄積され、各フォトトランジスタに蓄積された電荷を電圧に変換・増幅して読みだす。なお、各走査線１〜１０８０では、電荷の読み出し終了後に、電荷の蓄積が続けて行われる。
【００３７】
上記のようにライン露光では、読出しは走査線１〜１０８０毎に行われるため、図６で示すように、蓄積期間の開始と終了が各走査線１〜１０８０で異なる。その結果、被写体が動いている場合、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａで撮像された画像が歪んでしまう。
【００３８】
以下、図７を参照して疑似グローバルシャッタについて説明する。図７の縦に縦方向に記載した数値は、走査線（ライン）の番号を示している。図７では、話を簡単にするため走査線が３本であるものとしている。また、図７のＳ１〜Ｓ３は、各走査線における電荷の蓄積期間、Ｒ１〜Ｒ３は、各走査線における電荷の読出し期間をそれぞれ表わしている。また、図７には、ＬＥＤ４１のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示した。
【００３９】
初めに、ＣＣＵ３０の同期信号生成部３３ｂから同期信号（トリガー）が送信されると、ライン露光が開始され、各走査線毎に、フォトトランジスタへ電荷が蓄積された後、各フォトトランジスタに蓄積された電荷を電圧に変換・増幅して読みだされる。なお、各走査線では、電荷の読み出し終了後に電荷の蓄積が続けて行われる。
【００４０】
ＭＰＵ３６ｃは、同期信号生成部３３ｂから同期信号が出力されると、内蔵タイマＴを起動する。そして、メモリ３６ａに記憶されている露光開始時間が経過すると、ＭＰＵ３６ｃは、ライトソース４０へ制御信号を出力して、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲を露光する。この際、ＭＰＵ３６ｃは、比較部３５ｂでの比較結果に基づいて、露光時間及び輝度を制御する。
【００４１】
なお、図４で説明したテーブルデータに記載される露光時間Ｔ１〜Ｔ３は、図７の破線で示した走査線毎の電荷の蓄積期間が重複する範囲内となるように予め調整されている。すなわち、露光時間Ｔ１〜Ｔ３は、図７に示した露光期間Ｔよりも短い時間となるように設定されている。
【００４２】
ＭＰＵ３６ｃは、露光時間を内蔵タイマＴで計測し、比較部３５ｂでの比較結果に対応する露光時間が経過すると、ライトソース４０へ制御信号を出力して、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲の露光を終了する。なお、露光終了後、ＭＰＵ３６ｃは、内蔵タイマＴをリセットして次フレームにおける時間計測に備える。
【００４３】
以上のように、ＭＰＵ３６ｃは、図７の破線で示した走査線毎の電荷の蓄積期間が重複する範囲内となるよう露光期間を制御するとともに、比較部３５ｂでの比較結果に対応する露光時間及び輝度で被写体を露光する。
【００４４】
（内視鏡装置１の動作）
図８は、第１の実施形態に係る内視鏡装置の動作を示すフローチャートである。以下、内視鏡装置１の動作について図８を参照して説明する。
初めに、動き算出部３５ａは、画像信号処理部３３ａから取り込んだ画像から動きベクトルの平均値ＶＭを算出する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
比較部３５ｂは、動き算出部３５ａで算出した動きベクトルの平均値ＶＭを閾値ＴＨ１，ＴＨ２と比較する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
ＭＰＵ３６ｃは、メモリ３６ａに記憶されている図４のテーブルデータを参照し、比較部３５ｂでの比較結果に基づいてＬＥＤ４１の露光時間と輝度を制御する。具体的には、比較部３５ｂでの比較結果が、ＶＭ＞ＴＨ２の場合、ＭＰＵ３６ｃは露光時間がＴ１、輝度がＢ１となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ１０３）。
【００４７】
比較部３５ｂでの比較結果が、ＴＨ２≧ＶＭ≧ＴＨ１の場合、ＭＰＵ３６ｃは露光時間がＴ２、輝度がＢ２となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ１０４）。
【００４８】
比較部３５ｂでの比較結果が、ＴＨ１＞ＶＭの場合、ＭＰＵ３６ｃは露光時間がＴ３、輝度がＢ３となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ１０５）。
【００４９】
システム制御回路３６は、動作が終了するまで、すなわち、内視鏡装置１の電源がＯＦＦされるまで、上記動作を継続する。（ステップＳ１０６）。
【００５０】
以上のように、この内視鏡装置１は、被写体の動きに応じて、露光時間及び輝度を変化させるようにしているので、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａで撮像された画像の歪みを抑制することができる。また、露光時間が長い場合には、輝度を低くしているので、患部への負担を低減することができる。さらに、露光期間がＣＭＯＳイメージセンサ２０ａが備える各走査線の電荷の蓄積期間が重複する範囲内となるように制御しているので、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａで撮像された画像の歪みをさらに抑制することができる。
【００５１】
また、イメージセンサとしてＣＭＯＳイメージセンサを採用しているので、複数の電圧を必要とせず、動作電圧も低い。このため、数種の電圧を生成する電源が必要とせず撮像装置の製造コストおよび消費電力を抑制することができる。また、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサに比べ、素子を高密度化できるので、内視鏡装置１をより小型化できる。
【００５２】
なお、上記説明では、動き算出部３５ａで算出した動きベクトルの平均値ＶＭを２つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２と比較しているが、動きベクトルの平均値ＶＭを比較するための閾値は、２つに限られない。例えば、閾値を一つだけとしてもよいし、３つ以上としてもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、露光期間を１フレームにおける最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とし、画像の動きに応じて露光時間及び輝度を変化させる実施形態について説明した。
【００５４】
この第２の実施形態では、画像の動きに応じて、露光期間を１フレームにおける最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とする形態（第１の動作モード）と、露光期間を複数のフレームに跨った最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とする形態（第２の動作モード）とを切り替える実施形態について説明する。
【００５５】
図９は、第２の実施形態に係る内視鏡装置２（以下、内視鏡装置２と記載する）が具備するＣＣＵ３０Ａの構成を示す図である。以下、図９を参照して、内視鏡装置２の構成について説明するが、内視鏡装置１が具備する構成と同一の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、内視鏡装置２が具備するＣＣＵ３０Ａ以外の構成（スコープ１０、ヘッド２０、ライトソース４０）についても内視鏡装置１が具備する構成と同じであるため重複した説明を省略する。
【００５６】
内視鏡装置２が具備するＣＣＵ３０Ａは、画像の動きに応じて、露光期間を１フレームにおける最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とする第１の動作モードと、露光期間を複数のフレームに跨った最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とする第２の動作モードとを切り替える切替回路３８をさらに具備する。
【００５７】
この第２の実施形態では、第１の動作モードでは、同期信号生成部３３ｂから同期信号が１／６０秒ごとに出力されるが、第２の動作モードでは、同期信号生成部３３ｂから同期信号が１／３０秒ごとに出力される。つまり、第１の動作モードでは、イメージセンサ２０ａから出力される映像信号のフレームレートが６０ｆｐｓであるが、第２の動作モードでは、イメージセンサ２０ａから出力される映像信号のフレームレートが３０ｆｐｓとなる。
【００５８】
この動作を実現するために、第２の動作モードでは、ＭＰＵ３６ｃは、同期信号生成部３３ｂへ、同期信号を第１の動作モード時（１／６０秒）の倍、つまり、１／３０秒毎に出力するように指示する。
【００５９】
切替回路３８は、メモリ３８ａとスイッチＳＷとを具備し、イメージセンサ２０ａから出力される映像信号のフレームレートを６０ｆｐｓ（frames per second）に変換する機能を有する。メモリ３８は、ＭＰＵ３６ｃからの制御に基づいてＣＭＯＳイメージセンサ２０ａから出力される画像信号を記憶（蓄積）及び出力する。
【００６０】
スイッチＳＷは、ＭＰＵ３６ｃからの指示により接続先を切り替える。第１の動作モードでは、スイッチＳＷは、端子ａに接続されたままとなる。第１の動作モードでは、イメージセンサ２０ａから出力される画像信号のフレームレートが６０ｆｐｓであるため、イメージセンサ２０ａから出力される画像信号が画像出力回路３４へそのまま出力される。
【００６１】
第２の動作モードでは、１／６０毎にスイッチＳＷの接続先が端子ａから端子ｂ、端子ｂから端子ａへと切り替えられる。第２の動作モードでは、イメージセンサ２０ａから出力される画像信号のフレームレートが３０ｆｐｓとなる。このため、切替回路３８でフレームレートを６０ｆｐｓにした後、画像出力回路３４へ出力している。
【００６２】
つまり、第２の動作モードでは、１／３０秒ごとにしか出力されないイメージセンサ２０ａからの映像信号を２系統に分け、一方をそのまま画像出力回路３４へ出力し、もう一方を一旦メモリ３８ａへ蓄積して、１／６０後にこの蓄積した画像信号を画像出力回路３４へ出力することでフレームレートを３０ｆｐｓから６０ｆｐｓへ変換している。この結果、第２の動作モードでは、同一の画像信号が１／６０秒間隔で２回づつ出力されることになる。
【００６３】
メモリ３６Ａは、例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリであり、ＭＰＵ３６Ｃを動作させるためのプログラムや後述するテーブルデータ等が記憶されている。図１０は、メモリ３６Ａに記憶されているテーブルデータを示す図である。図１０に示すテーブルデータには、比較部３５ｂでの比較結果に対応する露光時間及び輝度に加えて動作モードが記載されている。
【００６４】
ＭＰＵ３６Ｃは、受信部３６ｄで受信したリモート制御信号、操作受付部で受付けた処理内容及びメモリ３６Ａに記憶された設定情報に基づいてヘッド２０、ＣＣＵ３０及びライトソース４０を制御する。また、ＭＰＵ３６Ｃは、時間を計測するタイマＴを内蔵する（以下、内蔵タイマＴと称する）。
【００６５】
ＭＰＵ３６Ｃは、メモリ３６Ａに記憶されている図１０のテーブルデータを参照し、比較部３５ｂでの比較結果に基づいてＬＥＤ４１の露光時間と輝度、及び動作モードを制御する。ＭＰＵ３６Ｃは、比較部３５ｂでの比較結果が、ＶＭ＞ＴＨ２、及び、ＴＨ２≧ＶＭ≧ＴＨ１の場合には、スイッチＳＷの接続先を端子ａとし、第１の動作モードで動作する。また、ＭＰＵ３６Ｃは、比較部３５ｂでの比較結果が、ＴＨ１＞ＶＭの場合には、スイッチＳＷの接続先を端子ｂとし、第２の動作モードで動作する。
【００６６】
図１１は、第２の動作モードの場合における疑似グローバルシャッタの説明図である。以下、図１１を参照して、第２の動作モードについて説明する。なお、以下の説明では、第２の動作モードでは、イメージセンサ２０ａから出力される画像信号のフレームレートを、第１の動作モードの半分とした場合について説明する。また、第１の動作モードについては、第１の実施形態において図７を参照して説明したので重複した説明を省略する。
【００６７】
図１１の縦に縦方向に記載した数値は、走査線（ライン）の番号を示している。図１１では、話を簡単にするため走査線が３本であるものとしている。また、図１１のＳ１〜Ｓ３は、各走査線における電荷の蓄積期間、Ｒ１〜Ｒ３は、各走査線における電荷の読出し期間をそれぞれ表わしている。また、図１１には、ＬＥＤ４１のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示した。
【００６８】
初めに、ＭＰＵ３５ｃは、同期信号生成部３３ｂへ、同期信号のレートを第１の動作モードの時の半分、つまり、１／３０秒毎に出力するように指示する。次に、ＭＰＵ３５ｃは、スイッチＳＷの接続先を６０秒ごとに端子ａから端子ｂ、端子ｂから端子ａへと切り替える。
【００６９】
ＣＣＵ３０の同期信号生成部３３ｂから同期信号（トリガー）が送信されると、ライン露光が開始され、各走査線毎に、フォトトランジスタへ電荷が蓄積された後、各フォトトランジスタに蓄積された電荷を電圧に変換・増幅して読みだされる。なお、各走査線では、電荷の読み出し終了後に電荷の蓄積が続けて行われる。
【００７０】
ＭＰＵ３６Ｃは、同期信号生成部３３ｂから同期信号が出力されると、内蔵タイマＴを起動する。また、ＭＰＵ３６Ｃは、ライトソース４０へ制御信号を出力して、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲の露光を開始する。この際、ＭＰＵ３６Ｃは、比較部３５ｂでの比較結果に基づいて、露光時間及び輝度を制御する。
【００７１】
なお、図１０で説明したテーブルデータに記載される露光時間Ｔ４は、図１１の破線で示した走査線毎の電荷の蓄積期間が重複する範囲内となるように予め調整されている。すなわち、露光時間Ｔ４は、図１１に示した露光期間Ｔよりも短い時間となるように設定されている。
【００７２】
ＭＰＵ３６Ｃは、露光時間を内蔵タイマＴで計測し、比較部３５ｂでの比較結果に対応する露光時間Ｔ４が経過すると、ライトソース４０へ制御信号を出力して、ＣＭＯＳイメージセンサ２０ａの撮像範囲の露光を終了する。なお、露光終了後、ＭＰＵ３６Ｃは、内蔵タイマＴをリセットして次フレームにおける時間計測に備える。
【００７３】
（内視鏡装置２の動作）
図１２は、内視鏡装置２の動作を示すフローチャートである。以下、内視鏡装置２の動作について図１２を参照して説明する。
初めに、動き算出部３５ａは、画像信号処理部３３ａから取り込んだ画像から動きベクトルの平均値ＶＭを算出する（ステップＳ２０１）。
【００７４】
比較部３５ｂは、動き算出部３５ａで算出した動きベクトルの平均値ＶＭを閾値ＴＨ１，ＴＨ２と比較する（ステップＳ２０２）。
【００７５】
ＭＰＵ３６Ｃは、メモリ３６Ａに記憶されている図１０のテーブルデータを参照し、比較部３５ｂでの比較結果に基づいてＬＥＤ４１の露光時間と輝度、及び動作モードを制御する。具体的には、比較部３５ｂでの比較結果がＶＭ＞ＴＨ２の場合、ＭＰＵ３６Ｃは、スイッチＳＷを端子ａ側に接続して第１の動作モードとし（ステップＳ２０３）、露光時間がＴ１、輝度がＢ１となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ２０４）。
【００７６】
比較部３５ｂでの比較結果がＴＨ２≧ＶＭ≧ＴＨ１の場合、スイッチＳＷを端子ａ側に接続して第１の動作モードとし（ステップＳ２０５）、露光時間がＴ２、輝度がＢ２となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ２０６）。
【００７７】
比較部３５ｂでの比較結果がＴＨ１＞ＶＭの場合、ＭＰＵ３６ｃは、スイッチＳＷを端子ａ側に接続して第２の動作モードとし（ステップＳ２０７）、露光時間がＴ４、輝度がＢ４となるようにライトソース４０のＬＥＤドライバ４３を制御する（ステップＳ２０８）。
【００７８】
システム制御回路３６は、動作が終了するまで、すなわち、内視鏡装置１の電源がＯＦＦされるまで、上記動作を継続する。（ステップＳ２０９）。
【００７９】
以上のように、この内視鏡装置２は、被写体の動きが遅い場合には、露光期間を複数のフレームに跨った最後の走査線の電荷の蓄積開始時から最初の走査線の電荷の蓄積終了時の範囲内とする第２のモードに切り替えるようにしている。このため、露光時間が長くなり画像の感度がよくなるという効果がある。その他の効果は、内視鏡装置１と同じである。
【００８０】
なお、上記説明では、比較部３５ｂでの比較結果がＴＨ２≧ＶＭ≧ＴＨ１の場合、第１の動作モードに切り替えているが、第２の動作モードに切り替えるようにしてもよい。また、第１の実施形態と同様に、動きベクトルの平均値ＶＭを比較するための閾値を一つだけとしてもよいし、３つ以上としてもよい。
【００８１】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記第１，第２の実施形態では、比較部３５ｂでの比較結果に基づいて露光時間及び輝度（明るさ）を変更しているが、外部の切替信号を受信部３６ｄ又は操作受付部３６ｅで受信し、この受信した切替信号に基づいて露光時間及び輝度（明るさ）を変更するように構成してもよい。また、第２の実施形態では、比較部３５ｂでの比較結果に基づいて第１の動作モードと第２の動作を切り替えているが、外部の切替信号を受信部３６ｄ又は操作受付部３６ｅで受信し、この受信した切替信号に基づいて第１の動作モードと第２の動作を切り替えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１，２…内視鏡装置、１０…スコープ、２０…ヘッド、２１…接続端子、２２…Ｉ／Ｆ回路、２３…メモリ、３０…ＣＣＵ、３１…接続端子、３２…Ｉ／Ｆ回路、３３…画像信号処理回路、３４…画像出力回路、３５…動き判定回路、３６…システム制御回路、３７…電源回路、３８…切替回路、４０…ライトソース、４１…ランプ、４２…レンズ、４３…液晶素子、４４…液晶ドライバ、５０…カメラケーブル、６０…光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005221722.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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